Foutzoeken op component niveau
Dioden
De taak van een diode is aardig eenvoudig: in geleiderichting de stroom doorlaten, en in sperrichting de stroom tegenhouden (met een verwaarsloosbare lekstroom). Dat lijkt aardig eenvoudig maar geen diode is volmaakt, en de onvolmaaktheden van dioden zijn interessant. Zelfs deze tweepolige componenten blijken een behoorlijk complex gedrag te vertonen.
Alle dioden beginnen bij lage signaalniveaus exponentieel stroom te geleiden, vanaf nano-ampères. Een ideale diode vertoont een exponentiele karakteristiek met een helling deltaU geldeelt door deltaI van:
G=(38,6 mS/mA) maal If
Waarbij mS het aantal milisiemens is en If de voorwaardse stroom.
De emitter van een transistor vertoont bij kamertemperatuur inderdaad deze helling, corresponderend met 60mV per factor tien stroom. Maar de hellingen van de exponentiele curven van verschillende 'echte' (tweepolige) dioden vertonen een aanzienlijke variatie. Bij sommig (zoals de 1N645) is de helling inderdaad 70 of 75mV per decade.
Andere zoals de 1N914 vertonen een helling van niet meer dan zo'n 113mV per decade. En weer andere zitten daar tussenin met waarden van 90mV per decade. Dit staat alleen nooit vermeld in de datasheets!
De juiste schakelsnelheid
Hoe lang heeft een stroomvoerende diode nodig om uit te schakelen? Dat is ook weer een eigenschap die een grote spreiding vertoont. Trage dioden kunnen tientallen tot honderden microseconden nodig hebben om uit te schakelen. Bij collector-basis overgang van een 2N930 kan het 30 micro seconden duren om de stroom van 10 mA tot minder dan 1mA te knijpen, en nog langer om het nano ampère gebied te bereiken. Dit is voornamelijk de schuld van de recombinatietijd van de ladingdragers die in de collector regio van de transistor zijn opgehoopt. Andere dioden, vooral de met goud gedoteerde typen schakelen veel sneller uit, in de orde van nano seconden. Schottky dioden zijn nog weer veel sneller.
Schakelende voedingen hebben zonder uitzondering behoefte aan dioden en 'zware gelijkrichters' en transistoren die snel uitschakelen. Als de herhalingsfrequentie hoog is en de stroom groot kan een traag sperrende diode defect raken ten gevolge van oververhitting. Zo functioneert een 1N4002 bij 20 of 40kHz erg slecht tot bijna niet.
In sommige gevallen kun je wanneer je een niet al te grote stroom nodig hebt bij hoge snelheden een aantal 1N914's parallel zetten. Schottky gelijkrichtdioden zijn zelfs nog sneller, maar die zijn niet verkrijgbaar met een hoge doorslagspanning. Wanneer je dus snelle schakelende voedingen repareert bijvoorbeeld er veel voorkomend in een videorecorder, moet je dus echt weten wat je doet.
Computerdioden zoals de 1N914 genieten grote populariteit omdat ze erg snel uit schakelen, binnen enkele nanoseconden. Dat is veel sneller dan dioden met een lage lekstroom. Alleen is minder bekend het feit dat deze snellere dioden niet alleen snel uit schakelen maar dat ze doorgaans ook erg snel in schakelen. Wanneer je bijvoorbeeld een stroom van 1mA in de anode van een 1N914 stuurt waar een capaciteit van 40pF aan parallel staat zal de 1N914 doorgaans in minder dan 1ns in schakelen!
Zenerdioden
Zo ongeveer alle dioden slaan door als je een te hoge sperspanning aanlegt. Alleen zenerdioden zijn zo ontworpen om op een voorspelbare en nette manier door te slaan. De bekendste oorzaak van problemen met zeners is dat je ze 'uithongert'.
Wanneer je te weinig stroom door een zener laat lopen zal die sterk gaan ruisen. Veel zeners vertonen een schone en scherpe 'knie' bij een kleine sper instelstroom, maar die scherpe knie is niet gegarandeerd beneden de nominale kniestroom.
Sommige zeners presteren niet best ongeacht hoe zorgvuldig je ze ook instelt. In tegenstelling tot zeners voor hogere spanningen, zijn de prestaties van zeners voor lage spanningen (3,3 tot 4,7V) niet best, met slechte ruis en impedantie specificaties en een beroerde temperatuurcoëfficiënt. De reden is dat zenerdioden voor spanningen van meer dan 6V eigenlijk avalanchedioden zijn, met een werkingsmechanisme dat sterk verschilt van dat van de laagspanningstypen.
Bij lage spanningsniveaus genieten bandgap referenties zoals de LM336 en de LM385 de nodige populariteit omdat ze beter presteren dan laagspanningszeners.